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Arbeitsverfahren für in vier oder mehr als vier Takten arbeitende
Dieselmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf Dieselmaschinen, die nach einem vier
oder mehr als vier Takte umfassenden Arbeitsverfahren arbeiten, wie z. B. Sechstakt-,
Achttaktmaschinen usf. -Die Erfindung besteht darin, daß der Arbeitszylinder am
Ende des Verbrennungshubes mit Frischluft gespült und in einem bereits einen Verbrennungshub
(Arbeitshub) ermöglichenden Ausmaß geladen wird und diese Spülluftladung, die nur
den kleineren Teil der ganzen in einem Arbeitsspiel verarbeiteten Luftladung bildet,
im Verein mit während der folgenden Hübe des Arbeitsspiels geforderter N achladeluft
im Arbeitszylinder während des letzten, der Verbrennung vorangehenden Hubes verdichtet
wird.
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Das Arbeitsverfahren gemäß der Erfindung ermöglicht, die Leistung
solcher Dieselmaschinen zu erhöhen und gleichzeitig die Vorteile der Mehrtaktmaschinen
bezüglich Brennstoffeinführung sowie Zerstäubung besonders bei hohen Drehzahlen
auszunutzen. Das Arbeitsverfahren hat für eine Viertakt- und Mehrtaktmaschine die
Wirkung, daß die Maschine mehr Luft verarbeitet als eine Zweitaktmaschine. Die dadurch
erzielte Leistungssteigerung ist größer, als proportional der Leistung einer Zweitaktmaschine
entsprechen würde. Denn bei einer Zweitaktmaschine wird ein Teil der Ladeluft mit
den Verbrennungsgasen ausgespült, wodurch dieser Teil für die Arbeitsleistung verlorengeht.
Diese Wirkung tritt bei dem Verfahren gemäß der Erfindung nur bei der ersten Ladung,
der Spülluftladung, auf, welche aber nur den kleinen Teil der Gesamtladung beim
Arbeiten in Vier- oder Mehrtakt bildet, nicht aber auch bei den nachfolgenden Nachladungen
des Arbeitszylinders, welche den übrigen Teil der Gesamtladung bilden helfen, so
daß bei den der ersten Ladung - d. i. der Spülluftladung - folgenden ?#-,achladungen
Arbeitsverluste infolge von Luftverlusten vermieden werden.
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Die Leistung kann gemäß der Erfindung noch weiter dadurch gesteigert
werden, daß auch der Arbeitskolben zur Luftansaugung in den Arbeitszylinder ausgenutzt
wird und durch diese Luftmenge die vom Ladeverdichter während der Spülung und den
darauffolgenden Nachladungen des Arbeitszylinders gelieferte Luftmenge vergrößert
wird.
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Das Arbeitsverfahren gemäß der Erfindung befähigt auch die Maschine
nach Belieben mit verschiedener Taktzahl zu laufen, z. B. eine Viertaktmaschine
auch als Zweitaktmaschine oder eine Sechstaktmaschine als Zweitaktmaschine oder
Viertaktmaschine usf. Dies hat den Vorteil, daß man die Maschine bei solchen Drehzahlen,
bei welchen der Mehrtakt die Brennstoffeinführung und Zerstäubung begünstigt, im
Mehrtakt laufen lassen kann, während man in jenen Belastungsgebieten, bei welchen
der
mit einer geringeren Taktzahl oder im Zweitakt arbeitende Motor Vorteile bietet,
auf diese Arbeitsweise übergeht und dadurch die bestmöglichen Arbeitsverhältnisse
schafft. Diese Fähigkeit bietet auch ein Mittel zur Erleichterung des Anlassens
von Viertakt- und Mehrtaktmaschinen, indem diese als Zweitaktmaschine angelassen
und dann auf die normale Taktzahl umgeschaltet werden können, wobei diese Umschaltung
auf die normale Taktzahl bei Maschinen, die nach einem mehr als vier Takte umfassenden
Arbeitsverfahren laufen, unmittelbar oder stufenweise erfolgen kann.
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In der Zeichnung sind mehrere beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens
dargestellt.
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Abb. i bis 3 sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele einer Maschine
gemäß der Erfindung.
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Abb. q. zeigt das Diagramm der Maschine nach Abb. i beim Arbeiten
im Sechstakt. Abb.5 zeigt das Diagramm der Maschine nach Abb. i, wobei die Maschine
nur die vom Verdichter erzeugte Luft verarbeitet.
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Abb. 6 zeigt eine Ausführungsforum, bei welcher der Arbeitszylinder
nur mit Luft geladen wird, die von der Luftpumpe gefördert wird.
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Abb.7 und 8 veranschaulichen den Druckverlauf im Arbeitszylinder bei
der Maschine nach Abb. 6.
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Abb. 9 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die im Arbeitszylinder
zur Verbrennung verwendete Luft sowohl durch Luftansaugung in den Arbeitszylinder
als auch durch die Ladeluftpumpe geliefert wird.
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Abb. io zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem Arbeitszylinder
und Ladeluftpumpe ein gemeinsames Luftansaugeventil besitzen.
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Abb. iia und iib zeigen eine Detaileinrichtung der Steuerung.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. i ist i der Arbeitszylinder,
2 der Arbeitskolben, 3 der Verdichterzylinder, q, der Verdichterkolben, 5 das Saugventil
des Verdichters, 6 das Druckventil des Verdichters, 7 das Auspuffventil des Arbeitszylinders,
8 das Uberströmventil vom Arbeitszlinder zu einem Behälter 9 bzw. umgekehrt.' Der
Verdichter ist durch eine an das Druckventil 6 angeschlossene Leitung 12 mit dem
Arbeitszylinder verbunden.
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Der Arbeitszylinder besitzt außer den in die Abbildung eingezeichneten
Ventilen 7 und 8 auch noch ein in die Abbildung nicht eingezeichnetes Saugventil.
Das Nadelventil io dient zur Brennstoffeinführung in den Arbeitszylinder.
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Der nach diesem Ausführungsbeispiel ausgeführte Motor kann j e nach
der Stellung der Steuerung sowohl nach dem Zweitakt wie auch nach dem Viertakt oder
Sechstakt oder einem anderen Mehrtakt arbeiten.
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Die Wirkungsweise ist also von der Taktzahl abhängig, mit welcher
der Arbeitszylinder arbeiten soll.
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Beim Arbeiten im Zweitakt ist der Vorgang folgender: Der Arbeitskolben
geht aus seiner oberen Totpunktstellung nach unten, während der Verdichterkolben
sich ebenfalls von seiner oberen Totpunktstellung ausgehend nach unten bewegt. Im
Arbeitszylinder findet während dieses Hubes Verbrennung und Expansion statt, während
im Verdichterzylinder die Luft verdichtet und gegen Ende des Hubes durch das Druckventil
6 in das Rohr 12 ausgeschoben wird. Bevor der Arbeitskolben die in der Zylinderwand
befindlichen Schlitze ii öffnet, wird das Auspuffventil ? geöffnet, so daß die Verbrennungsgase
entspannt werden. Nach Öffnung der Zylinderschlitze ii strömt Luft vom Verdichter
bzw. vom Rohre ia durch das Druckventil 6 und das Verbindungsrohr 12 durch die Schlitze
ii in den Arbeitszylinder und drückt die noch in diesem befindlichen entspannten
Verbrennungsgase durch das Auspuffventil ? ins Freie. Beim nächsten Hub geht der
Kolben 2 nach oben; es findet Verdichtung im Arbeitszylinder statt. Gleichzeitig
bewegt sich der Kolben q. ebenfalls nach oben und saugt durch das Saugventil 5 frische
Luft an. Beim Arbeiten im Zweitat kommt also das in die Abbildung nicht eingezeichnete
Saugventil des Arbeitszylinders überhaupt nicht zur Wirkung, und es wird dementsprechend
nur jene Luftmenge im Arbeitszylinder aufgearbeitet, welche vom Verdichter geliefert
wird.
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Das Arbeiten desselben Motors zum Beispiel im Sechstakt ist folgendes:
Erster Takt bzw. erster Hub: Der Arbeitszylinderkolben bewegt sich von oben nach
unten, und es erfolgt im Zylinder Verbrennung und Expansion. Gleichzeitig bewegt
sich auch der Verdichterkolben von oben nach unten und verdichtet die vorher angesaugte
Luft.
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In der Nähe des unteren Totpunktes, bevor der Arbeitskolben die in
der Zylinderwand befindlichen Schlitze ii öffnet, wird das Auspuffventil ? geöffnet,
und die Verbrennungsgase strömen aus dem Arbeitszylinder ins Freie; es findet eine
Entspannung dieser Gase im Zylinder statt. Gleich danach werden die Schlitze ii
durch den Kolben 2 geöffnet, wodurch Luft durch diese Schlitze in den Arbeitszylinder
strömt und den letzteren von den Verbrennungsgasen reinigt.
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Zweiter Hub: Die Kolben 2 und q. bewegen sich nach oben; im Arbeitszylinder
findet Verdichtung statt; da aber gegen Ende des Hubes das Überströmventil 8 geöffnet
wird, wird die verdichtete Luft in den Behälter 9 gefördert.
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Während dieses Hubes saugt der Verdichterkolben q. frische Luft durch
das Saugventil 5 an. Dritter Hub: Während der Arbeitsbewegung saugt der Arbeitskolben
2 durch das in die Abbildung
nicht eingezeichnete Saugventil frische
Luft in den Arbeitszylinder, während der ebenfalls sich nach abwärts bewegende Kolben
q die vorher angesaugte Luft verdichtet und in das Rohr 12 ausschiebt. Gegen Ende
des Hubes öffnet Kolben 2 - nachdem vorher das in die Abbildung nicht eingezeichnete
Saugventil des Arbeitszylinders geschlossen wurde - die Schlitze ii, und es wird
die vom Arbeitskolben angesaugte Luft durch die vom Verdichter geförderte und durch
die Schlitze ii einströmende Luft vermehrt, der Arbeitszylinder also von letzterer
Luftmenge überladen.
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Vierter Hub: Während dieses Hubes wird ebenso wie während des zweiten
Hubes die im Arbeitszylinder befindliche Luft in den Behälter 9 gepreßt und im VerdichterfrischeLuft
angesaugt.
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Fünfter Hub: Der Verlauf dieses Hubes gleicht vollkommen dem dritten
Hube. Sechster Hub: Der Arbeitskolben 2 bewegt sich nach oben und komprimiert die
Luft bis zu einem gewünschten Grad (dem Grad der Vorverdichtung), welcher durch
den Hubteil festgesetzt ist, welchen der Kolben während dieser Verdichtung bestreicht.
Diese Vorverdichtung kann aber auch gleich Null sein bzw. wegbleiben. Nach erfolgter
Vorverdichtung bzw. bei Wegbleiben derselben, nach erfolgtem Abschlusse der Schlitze
ii, wird das Ventil 8 geöffnet; die während der früheren zwei Ladehübe in den Behälter
9 gepreßte Luft strömt in den Arbeitszylinder zurück, so daß derselbe mit einem
Mehrfachen - theoretisch mit dem Fünffachen - jener Luftmenge gefüllt ist, die ihn
bei atmosphärischem Drucke ausfüllen würde. Das Ventil 8 wird nach einer entsprechend
bemessenen kurzen Eröffnungszeit geschlossen, und während der weiteren Aufwärtsbewegung
des Kolbens 2 erfolgt die endgültige Verdichtung bis zu jenem Enddrucke, bei welchem
die Verbrennung stattfinden soll.
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Während dieses Hubes saugt Verdichterkolben q. Luft in den Verdichtungszylinder.
Wenn der Motor im Viertakt arbeiten soll, dann werden die Ventile 7 und 8 so gesteuert,
daß nach dem ersten und zweiten Hub gleich der beim Sechstaktmotor als fünfter und
sechster Hub beschriebene Vorgang erfolgt.
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Es hängt also nur von der Steuerung der bezeichneten Ventile ab, ob
der Motor im Zweitakt, Viertakt, Sechstakt oder Mehrtakt arbeitet. Durch eine Verstellung,
z. B. Verschiebung oder irgendwie anders durchgeführte Verstellung der Steuerwelle,
kann daher erreicht werden, daß der Motor zeitweilig und nacheinander nach verschiedenen
Taktzahlen arbeitet.
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Die im Arbeitszylinder im Falle des Arbeitens des Motors nach dem
Sechstakt entstehenden Drücke sind in Abb. q. derart dargestellt, daß die sechs
Takte nacheinander auf die Abszissenachse aufgetragen wurden, während die Ordinaten
den jeweils im Arbeitszylinder herrschenden Druck darstellen.
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Die zeitweilige Lagerung der Verbrennungsluft kann auch im Arbeitszylinder
selbst erfolgen. In diesem Falle fällt der Behälter 9 und das Ventil 8 weg. Im Gegensatz
zur früher beschriebenen Arbeitsweise, bei welcher nicht nur die vom Verdichter,
sondern auch die vom Arbeitskolben angesaugte Luft verarbeitet wird, kann im Falle
der Lagerung der Luft im Arbeitszylinder selbst nur die vom Verdichter gelieferte
Luft verarbeitet werden, da im Arbeitszylinder während aller Hübe ein größerer Druck
herrscht als der Druck der äußeren Atmosphäre, ein Ansaugen von Luft also nicht
erfolgen kann.
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Die in diesem Falle im Arbeitszylinder herrschenden Drücke sind in
Abb. 5 für einen im Sechstakt arbeitenden Motor dargestellt. Während der einzelnen
nacheinander erfolgenden Hübe reihen sich folgende Zustandsänderungen im Arbeitszylinder
aneinander: Erster Hub: Verbrennung und Expansion, bis durch Öffnung des Ventiles
7 die Entspannung der Verbrennungsgase und gleich danach nach Eröffnung der Schlitze
ii die Ausspülung des Zylinders durch die durch den Verdichter während eines Hubes
gelieferte Luft erfolgt.
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Zweiter Hub: Verdichtung der Füllung. Dritter Hub: Expansion der Füllung,
bis bei geschlossenem Auspuffventil nach Eröffnung der Schlitze die zweite Ladung
erfolgt.
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Vierter Hub: Verdichtung der doppelten Ladung.
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Fünfter Hub: Expansion der doppelten Ladung, bis nach Eröffnung der
Schlitze ii die dritte Ladung erfolgt.
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Sechster Hub: Verdichtung der dreifachen Ladung, an deren Ende der
bei der Verbrennung gewünschte Enddruck entsteht.
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Dieser Motor kann ebenso wie der vorhin beschriebene Motor im Zweitakt-Viertakt-Sechstakt
oder nach einem noch mehr als sechs Takte umfassenden Arbeitsverfahren arbeiten,
und die zur Veränderung der Taktzahl notwendige Vorkehrung besteht einfach darin,
daß die Steuerwelle verschoben oder auf irgendeine andere Art das Auspuffventil
und das Brennstoffeinspritzventil nach jeder Umdrehung oder nach jeder zweiten bzw.
dritten Umdrehung der Motorwelle geöffnet wird.
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In Abb. 2 ist eine zweite beispielsweise Ausführung des Erfindungsgedankens
dargestellt. Der Unterschied gegenüber der in Abb. i bezeichneten Ausführung besteht
darin, daß hier'ein Differentialkolben 13 als Arbeits- und Verdichterkolben dient
und daß das Auspuffventil 1q. am Hubende angeordnet und durch Schlitze mit dem Arbeitszylinderraum
verbunden ist. Das Ventil 15 ist das Überströmventil zu einem Behälter 16; das Nadelventil
17 dient zur Einführung des Brennstoffes.
Bei dem in der Zeichnung
veranschaulichten Ausführungsbeispiel arbeiten je zwei mit um 18o' verdrehten Kurbeln
versehene Zylinder zusammen, wie in der Abbildung durch die Rohrverbindungen 18
dargestellt ist. Die zu den beiden Arbeitszylindern gehörenden Behälter 16 können
durch eine in die Abbildung punktiert eingezeichnete Verbindung ig verbunden werden.
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Die für Abb. = weiter oben beschriebenen zweierlei Arbeitsweisen (zeitweiliger
Lagerung der Luft in einem Behälter oder im Arbeitszylinder selbst) können auch
bei dem in Abb. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verwirklicht werden.
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In Abb. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, welches
sich von dem oben erörterten dadurch unterscheidet, daß die vom Arbeitszylinder
angesaugte und die vom Verdichter gelieferte Luft in je einem separaten Behälter
2o bzw. 21 gelagert wird.
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Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform, z. B. im Sechstakt, ist folgende:
Erster Hub: Arbeitskolben 22 und Verdichterkolben 23 bewegen sich nach unten. Im
Arbeitszylinder erfolgt Verbrennung und Expansion. Im Verdichterzylinder erfolgt
Verdichtung und Ausschub der Luft durch das Druckventil 24 in den Behälter 21.
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Bevor der Arbeitskolben 22 die am unteren Hubende in der Arbeitszylinderwandbefindlichen
Schlitze 25 öffnet, wird das Auspuffventil 26 geöffnet und die Entspannung der Verbrennungsgase
erfolgt. Gleich danach wird durch die Schlitze 25 bei Öffnung des Ventiles 27 Luft
aus dem Behälter 21 in den Arbeitszylinder geblasen, wodurch der Arbeitszylinder
von den Verbrennungsgasen gereinigt und mit frischer Luft gefüllt wird.
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Zweiter Hub: Beide Kolben gehen nach aufwärts; im Arbeitszylinder
wird die Ladung zuerst ein wenig verdichtet und dann durch das Ventil 28 in den
Behälter 2o gepreßt.
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Im Verdichterzylinder wird während dieses Hubes durch das Ventil 29
Luft angesaugt. Dritter Hub: Im Arbeitszylinder wird durch ein nicht in der Abbildung
eingezeichnetes Saugventil frische Luft angesaugt.
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Im Verdichter wird die Luft verdichtet und durch das Ventil 24 in
den Behälter 21 gepreßt. Vierter Hub: Im Arbeitszylinder wird Luft wie beim zweiten
Hub verdichtet und in den Behälter 2o gepreßt, währenddem im Verdichterzylinder
frische Luft angesaugt wird.
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Fünfter Hub: Im Arbeitszylinder und im Verdichterzylinder erfolgen
dieselben Zustandsänderungen wie beim dritten Hub. Sobald aber der Arbeitskolben
nahe dem unteren Hubende die Schlitze 25 öffnet, wird Ventil 27 geöffnet, und es
strömt die während der vorangegangenen Druckhübe in den Behälter 21 gepreßte Luft
durch dieses Ventil 27 in den Arbeitszylinder, wodurch derselbe überladen wird.
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Sechster Hub: Nachdem der Arbeitskolben während seiner Aufwärtsbewegung
die Schlitze 25 geschlossen hat bzw. wenn bereits die Ladung durch eine weitere
Vorwärtsschreitung des Kolbens auf ein gewünschtes Maß verdichtet ist, wird durch
Öffnung des Ventils 28 der Arbeitszylinder mit dem Behälter 2o in Verbindung gebracht,
wodurch ein Druckausgleich, d. h. die Zurückströmung der bei den vorangegangenen
Hüben in den Behälter 2o gepreßten Luft in den Arbeitszylinder, also ein weiteres
Überladen desselben, hervorgerufen wird.
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Nach einer entsprechenden Öffnungszeit des Ventils 28 schließt dasselbe,
und die ganze Ladung wird im Arbeitszylinder während der Bewegung des Arbeitskolbens
bis zu seiner oberen Totpunktstellung endgültig bis zu dem gewünschten Verbrennungsdruck
verdichtet.
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In Abb. 5 wurde der im Arbeitszylinder erfolgende Druckverlauf punktiert
eingezeichnet. Die oben beschriebenen Arbeitsverfahren können selbstverständlich
miteinander zweckentsprechend kombiniert werden.
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Durch Heizung der Behälter mit den Auspuffgasen kann in die vorkomprimierte
Luft die sonst in Verlust gehende Abfallwärme überführt und zur Arbeitsleistung
herangezogen werden. Diese Heizung kann auch im Falle der zeitweiligen Lagerung
der Luft im Arbeitszylinder selbst durch im letzteren angeordnete Heizflächen durchgeführt
werden.
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In Abb. 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei weichem die Ladeluftpumpe
die Luft unmittelbar in einen Behälter fördert, in welchem auch die Luft aus dem
Arbeitszylinder zwecks Speicherung zeitweilig übergeführt werden kann. Die Ladeluft
wird also hier nicht - wie früher -durch den Arbeitszylinder hindurch in den Behälter
gefördert, sondern der Behälter wird von der Ladepumpe unmittelbar mit Luft beschickt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 6 ist 31 der Zylinder, der mit
einem Kühlmantel 32 ausgestattet ist, in welchem z. B. Kühlwasser zirkuliert, und
33 ist der Kolben. Der Raum oberhalb des Kolbens ist der Arbeitszylinderraum und
der Raum unterhalb des Kolbens der Pumpenzylinderraum. 38 ist das Saugventil und
37 das Druckventil für den Pumpenzylinderraum. An das Druckventil 37 ist7ein aus
Rohr 39 und Knierohr 41 bestehender Druckraum bzw. Luftbehälter für die Pumpe angeschlossen,
der über ein im Zylinderkopfe angebrachtes Ventil 34 mit dem Arbeitszylinderraum
in Verbindung gesetzt ist. Der Druckraum bzw. Luftbehälter ist mit einem Heizmantel
40 versehen, um gegebenenfalls die im Druckraum aufgespeicherte Luft, z. B. mittels
derVerbrennungsgase, zu erwärmen.
Der Zylinder 31 ist unten
mit einem Auspuffschlitz 35 versehen, der in einen Raum mündet, in welchem das Auspuffventil
36 angesaugt ist.
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In den Abb. 7 und 8 sind die Diagramme gezeigt, in welchen der Druckverlauf
ober dem Kolben als Ordinate, dagegen das Volumen bzw. die einzelnen Hübe I, II-I,
II nacheinander als Abszissen aufgetragen sind.
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Die Wirkungsweise dieser Maschine ist folgende Wenn die Maschine im
Zweitakt arbeitet, so verläuft der Prozeß nach Abb. 7. Ausgehend von dem Verbrennungs-
und Expansionshube, welcher in der Abb. 7 durch die Linie a-b-c dargestellt ist,
findet während der Abwärtsbewegung des Kolbens oberhalb des Kolbens die Einführung
des Brennstoffes und die Verbrennung nach der Linie a-b und die Expansion der Verbrennungsgase
nach der Linie b-c statt, während unterhalb des Kolbens die während des bisherigen
Hubes angesaugte Luft durch dasVentil 37 in den Behälter 39 gedrückt wird.
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Wenn der Kolben in seiner unteren Totlage ankommt, wird das Auspuffventil
36 geöffnet, und es findet oberhalb des Kolbens die Entspannung der Verbrennungsgase
nach der Linie c-d statt.
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Nachdem dies geschehen ist, wird das Ventil34 geöffnet und Luft strömt
aus dem Behälter 39 in den Zylinder und schiebt die noch darin befindlichen Verbrennungsprodukte
durch das zu dieser Zeit noch offene Auspuffventil 36 ins Freie. Im Diagramm ist
- vorausgesetzt, daß dieses Ausschieben der Verbrennungsprodukte während der Ruhelage
des Kolbens in der unteren Totpunktstellung erfolgt - diese Zustandsänderung also
in der Linie c-d inbegriffen.
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Hierauf wird sowohl das Auspuffventil 36 als auch das Ventil 34 geschlossen,
und es erfolgt während der Aufwärtsbewegung des Kolbens oberhalb des Kolbens die
Kompression der Luftladung, dagegen unterhalb des Kolbens das Ansaugen von frischer
Luft durch das Saugventil 38. Die Zustandsänderung oberhalb des Kolbens zeigt die
Linie d-e.
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Der Kolben 33 muß so lange gebaut sein, daß der Schlitz 35 auch in
der höchsten Kolbenstellung nicht von der unteren Kolbenkante freigegeben wird.
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Beim nächsten Hub erfolgt wieder oberhalb des Kolbens die Verbrennung
nach der Linie erb', dann die Expansion nach der Linie b'-c', wie vorher
beschrieben, und mit diesem Takt beginnt die Wiederholung des Arbeitsspieles.
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Abb. 8 zeigt die Wirkungsweise beim Arbeiten im Sechstakt. Bei der
Darstellung des Druckverlaufes ist wieder mit dem Verbrennungs- und Expansionshub
begonnen, welcher so, wie früher beschrieben wurde, verläuft. Im unteren Totpunkt
des Kolbens erfolgt, ebenso wie früher, zuerst Auspuff durch das Ventil 36 und dann
Ausblasen der Verbrennungsprodukte aus dem Zylinder durch die vom Behälter 39 durch
das Ventil 34 in den Zylinder strömende Luft.
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Der zweite Hub hingegen verläuft anders als beim Zweitakt. Es wird
nämlich im Totpunkt nur das Ventil 36 geschlossen, während das Ventil 34 offen bleibt.
Beim Aufwärtsgange des Kolbens wird also die Luft im Zylinder und in dem damit verbundenen
Raum 39 verdichtet (s. Linie d-e), dagegen unterhalb des Kolbens, so wie früher
beim Arbeiten nach dem Zweitakte, frische Luft angesaugt.
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Während des dritten Hubes bewegt sich der Kolben nach unten. Das Ventil
34 ist offen, so daß Luft aus dem Behälter 39 wieder in den Zylinder zurückströmt.
Zur gleichen Zeit wird unterhalb des Kolbens die Luft, welche während des früheren
Hubes angesaugt wurde, durch das Druckventil 37 in den Behälter 39 befördert.
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Nachdem die Volumenvergrößerung, welche oberhalb des Kolbens durch
die Kolbenbewegung nach unten verursacht wird, genau so groß ist wie die Volumenverkleinerung
unterhalb des Kolbens, verläuft die Linie des Arbeitsdiagrammes (in der Abbildung
mit e- f bezeichnet) anfänglich bei einer Druckverminderung, die so lange andauert,
bis der im Pumpenraum steigende Druck den im Arbeitsraum abfallenden Druck erreicht,
und dann weiter bei konstantem Drucke.
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Während des vierten Hubes wird die Luft oberhalb des Kolbens durch
das noch immer offene Ventil 34 in den Behälter 39 gepreßt (Druckverlauf f-g), und
unterhalb des Kolbens wird frische Luft angesaugt.
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Während des fünften Hubes findet, bei noch immer offenem Ventil 34,
dieselbe Zustandsänderung statt wie während des dritten Hubes (Linie g-A).
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Im unteren Totpunkte des Kolbens wird nun das Ventil 34 geschlossen;
und während des sechsten Hubes wird die Luft oberhalb des Kolbens nach der Linie
h-i verdichtet und unterhalb des Kolbens wieder frische Luft angesaugt.
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Wenn die Maschine im Viertakt arbeitet, dann sind die ersten drei
Takte dieselben wie beim Sechstakt; an Stelle der beim Sechstakt im vierten Takt
stattfindendem Verdichtung f-g erfolgt jedoch die Verdichtung h-i mit dem Ausgangspunkte
f.
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Im Achttakt werden zu den beim Sechstakt beschriebenen ersten fünf
Takten noch zwei Takte dazugeschaltet, welche entsprechend dem vierten und fünften
Takt beim Sechstakte verlaufen, und dann erst erfolgt die endgültige Kompression
der Luft im Zylinder während des achten Taktes.
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Es genügt also eine Änderung der Steuerung der Ventile 36 und 34,
um den Motor nach einer beliebigen Taktzahl arbeiten zu lassen.
Im
Zweitakt bleibt das Ventil 32 immer nur während der kurzen Zeit des Ausschiebens
der Verbrennungsprodukte (Linie c-d) offen, während welcher Zeit auch das Ventil
36 geöffnet wird.
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Im Viertakt wird das Auspuffventil 36 nach je vier Hüben einmal im
Totpunkt des Kolbens nach dem Expansionshube auf kurze Zeit geöffnet, Ventil 34
hingegen, welches ebenfalls in demselben Totpunkt geöffnet wird, bleibt während
der Dauer von zwei Hüben offen, um wieder im unteren Totpunkt des Kolbens geschlossen
zu werden.
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Im Sechstakt wird das Auspuffventil 36 nach je sechs Hüben im unteren
Totpunkt geöffnet und kurze Zeit offen gelassen, wie beim Arbeiten nach anderen
Taktzahlen. Das Ventil 34 wird wie früher nach dem Expansionshube im unteren Totpunkt
des Kolbens geöffnet und bleibt während der Zeitdauer von vier Hüben offen.
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Im Achttakt erfolgt die Bewegung des Auspuffventiles nach jedem achten
Hube, und Ventil 34 bleibt während der Dauer von sechs Hüben offen.
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Bei der Ausführung nach Abb. 9 ist 42 ein Saugventil und 36 ein Auspuffventil
für den Arbeitszylinder, während die übrigen Ventile wie in Abb. 6 bezeichnet sind.
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Der Arbeitsvorgang ist folgender: Erster Hub : Wenn der Kolben 33,
der im unterhalb gelegenen Raum als Kompressor-und im oberhalb gelegenen als Arbeitskolben
wirkt, von seiner oberen Totpunktlage ausgehend sich nach unten bewegt, findet im
Arbeitszylinderraum Brennstoffeinspritzung, Verbrennung und Ausdehnung statt, während
im Pumpenraum die während des vorangegangenen Hubes angesaugte Luft durch das Druckventil
37 in den für Pumpe und Arbeitszylinder gemeinsamen Behälter 39 gedrückt wird. Im
unteren Totpunkte öffnet sich Auspuffventil 36, und es findet eine Entspannung der
expandierten Verbrennungsgase statt. Im selben Momente öffnet sich Ventil 34, und
die Luft strömt aus dem Behälter 39 in den ArbeitszyIinderraum und reinigt denselben
von den Auspuffgasen.
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Der Verlauf der folgenden Takte hängt davon ab, ob der Motor im Zwei-
oder Mehrtakt arbeiten soll.
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Im Zweitakt wird nach Beendigung des Ausblasens gleich nach der unteren
Totpunktstellung am Anfang des zweiten Hubes sowohl Ventil 36 als auch Ventil 34
geschlossen, und es erfolgt im Arbeitsraum Verdichtung bis zum oberen Totpunkt,
während im Pumpenraum Luft durch das Saugventil 38 angesaugt wird. Im oberen Totpunkt
beginnt die Brennstoffeinspritzung durch das Ventil 1o in den Arbeitsraum, und das
Spiel beginnt von vorne.
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Beim Arbeiten im Mehrtakt, z. B. im Sechstakt, wird im zweiten Hub
gleich nachdem der Kolben die untere Totpunktstellung verlassen hat, also nachdem
die Verbrennungsgase aus dem Arbeitszylinderraum ausgeblasen wurden, das Auspuffventil
36 geschlossen, während das Überströmventil 34 offen bleibt, bis der Kolben in seinen
oberen Totpunkt gelangt, und es wird während dieses Hubes die Luft aus dem Arbeitszylinder
in den Behälter 39 hinübergeschoben, während im Pumpenraum Ansaugen von frischer
Luft durch das Ventil 33 stattfindet. Es kann zweckmäßig sein, während des Auspuffes,
z. B. durch geringeres Öffnen des Auspuffventiles, den Auspuff zu drosseln und dadurch
die Füllung des Zylinders mit der Luft aus dem Behälter bei höherem Drucke zu veranlassen,
was auch den Vorteil hat, daß der Verlust an Luft, der während des Ausblasens entsteht,
geringer wird, also mehr Luft, die dann für die Verbrennung herangezogen werden
kann, im Behälter 39 zurückbleibt. Hierbei kann dieser Druck entweder von Hand aus
oder automatisch durch einen Regulator der jeweiligen Umdrehungszahl des Motors
entsprechend eingestellt werden, indem z. B. bei geringerer Umdrehungszahl der Auspuff
entsprechend stärker gedrosselt wird.
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Dritter Hub: Im Arbeitszylinder wird, nachdem Ventil 34 im oberen
Totpunkt geschlossen wurde, Luft durch ein Saugventil 42 angesaugt, während im Pumpenraum
die verdichtete Luft durch das Ventil 37 in den Behälter 39 gefördert wird.
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Vierter Hub: Die Luft im Arbeitsraum wird, nachdem das Ventil 42 im
unteren Totpunkt geschlossen wurde, verdichtet und nach Öffnung des Ventiles 34
in den Behälter 39 gedrückt, wogegen im Pumpenraum wieder Luft durch das Ventil
38 angesaugt wird.
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Fünfter Hub: Im Arbeitsraum wird, nachdem das Ventil 34 im oberen
Totpunkt geschlossen wurde, Luft durch das Saugventil 42 angesaugt, im Pumpenraum
hingegen erfolgt Verdichtung und Überschieben der Luft durch das Ventil 37 in den
Behälter 39.
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Sechster Hub: Nachdem das Ventil 42 im unteren Totpunkt geschlossen
wurde, wird gleich im Totpunkt oder, nachdem die im Arbeitszylinderraum befindliche
Luft bis zu einem gewissen Grad verdichtet wurde, das Ventil 34 geöffnet, worauf
die während der vorangegangenen Hübe in den Behälter 39 geförderte Luft in den Arbeitsraum
strömt. Nachdem dies geschehen ist, d. h. nachdem der Druckausgleich zwischen dem
Arbeitsraum und dem Behälter stattgefunden hat, wird Ventil 34 geschlossen, und
es erfolgt im Arbeitszylinder während der weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens
bis zum Hubende die endgültige Verdichtung der gesamten Verbrennungsluft. Im Pumpenraum
wird während dieses Hubes, wie
beim vierten Hub, wieder Luft durch
das Ventil 38 angesaugt. Im oberen Totpunkt beginnt dann die Brennstoffeinspritzung,
und das Spiel wiederholt sich.
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In Abb. io ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, welches sich von
den vorher beschriebenen insofern unterscheidet, als das Auspuffventil 36z außerhalb
des Arbeitszylinders angeordnet und ein Saugventil 42a gemeinsam für den Arbeits-
und für den Pumpenraum angewendet ist. Die Wirkungsweise bei diesem Ausführungsbeispiel
ist folgende: Beim Arbeiten im Zweitakt: Der Kolben 33 bewegt sich beim ersten Hub
von seinem oberen Totpunkt nach unten. Im Arbeitsraum findet im Totpunkt Brennstoffeinspritzung
und während des Hubes Ausdehnung der Verbrennungsgase statt. Im Pumpenraum erfolgt
Luftförderung durch das Druckventil 37 in den Behälter 39. Wenn die obere Kante
des Arbeitskolbens die im Arbeitszylinder vorhandene Öffnung 35 freilegt, wird das
Auspuffventil 36a entweder von dem im Arbeitsraum herrschenden Überdruck automatisch
oder von einer Steuerung zwangläufig geöffnet, und es findet eine Entspannung der
Verbrennungsgase im Arbeitsraum statt. Nachdem dies erfolgt ist, wird Ventil 34
geöffnet, und die Luft strömt aus dem Behälter 39 in den Arbeitsraum, die Verbrennungsgase
vor sich herschiebend, und der Arbeitszylinder wird von den Verbrennungsgasen gereinigt
und mit frischer Luft gefüllt. Diese Füllung des Arbeitszylinders dauert so lange,
bis der Kolben 33 den Schlitz 35 während seiner Aufwärtsbewegung (zweiter Hub) schließt,
wonach Ventil 34 ebenfalls geschlossen wird. Während des weiteren Verlaufes des
zweiten Hubes wird die Luft im Arbeitsraum endgültig verdichtet. Im oberen Totpunkt
beginnt wieder die Brennstoffeinspritzung, und das Spiel wiederholt sich. Während
des zweiten Hubes entsteht infolge der Aufwärtsbewegung des Kolbens im Pumpenraum
Luftleere, deren Grad sich so lange erhöht, bis die untere Kante des Kolbens 33
den Schlitz 35 öffnet und durch das, z. B. automatische Ventil 42a Luft in den Pumpenraum
strömt und die Luftleere ausgleicht.
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Beim Arbeiten im Sechstakt: Erster Hub: Der Arbeitskolben bewegt sich
nach unten. Nachdem im oberen Totpunkt die Brennstoffeinspritzung begonnen hat,
erfolgt die Ausdehnung, und in dem Momente, wo die Oberkante des Kolbens den Schlitz
35 freilegt, beginnt, vvie beim Zweitakt, der Auspuff und nach Öffnung des Ventils
34 das Ausblasen der Verbrennungsprodukte. Es kann zweckmäßig sein, während des
Auspuffes, entweder durch stärkere Federbelastung eines z. B. automatisch wirkenden
Auspuffventils oder durch geringeres Öffnen eines gesteuerten Auspuffventiles, den
Auspuff zu drosseln und dadurch die Ausspülung und Füllung des Zylinders aus dem
Behälter bei höherem Drucke zu veranlassen. Im Pumpenraum erfolgt während des ersten
Hubes Verdichtung und Förderung der Luft über das Druckventil 37 in den Behälter
39.
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Zweiter Hub: Nachdem die obere Kante des sich nach aufwärts bewegenden
Kolbens den Schlitz 35 geschlossen hat, wird die Luft durch das offen gebliebene
Ventil 34 in den Behälter 39 überführt. Im Pumpenraum entsteht während dieses Hubes
Luftleere, welche im oberen Totpunkt, nachdem die untere Kante des Kolbens den Schlitz
35 freigelegt hat, durch die über das Ventil 42 T zuströmende Luft ausgeglichen
wird.
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Dritter Hub: Ventil 34 wird im oberen Totpunkt geschlossen, und es
entsteht, während der Kolben sich nach abwärts bewegt, Luftleere im Arbeitsraum,
welche, nachdem die obre Kante des Kolbens den Schlitz 35 freilegt, durch die über
das Ventil 42#z zuströmende Luft ausgeglichen wird. Im Pumpenraum erfolgt Luftförderung
durch das Druckventil 37 in dem Behälter 39.
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Vierter Hub: Im Arbeitsraum erfolgt Verdichtung, und, nachdem Ventil
34 geöffnet wurde, findet Überschieben der Luft in den Behälter 39 statt. Im Pumpenraum
entsteht Luftleere, welche im oberen Totpunkt durch die zuströmende frische Luftladung
ausgeglichen wird.
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Fünfter Hub: Wie dritter Hub.
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Sechster Hub: Nachdem die obere Kante des Kolbens den Schlitz 35 geschlossen
hat, wird entweder gleich danach oder nachdem während eines Teiles des Hubes die
Luft im Arbeitsraum verdichtet wurde, Ventil 34 geöffnet, und es findet ein Druckausgleich
zwischen Arbeitsraum und Behälter statt, indem die ,nährend der vorangegangenen
Hübe in den Behälter geförderte Luft in den Arbeitsraum strömt. Hierauf erfolgt
während des restlichen Hubteiles die endgültige Verdichtung der ganzen Ladung im
Arbeitsraum. Im Pumpenraum entsteht während dieses Hubes Luftleere, welche im oberen
Totpunkt von der über das Ventil 42z zuströmenden Luft ausgeglichen wird.
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Die zur Änderung der Taktzahl notwendige Änderung in der Steuerung
kann auf verschiedene Weise, z. B. durch Verschiebung der Steuerwelle, erreicht
werden. Die Veränderung der Steuerung kann sowohl von Hand aus als durch einen Regler,
z. B. einen Zentrifugalregler, automatisch durchgeführt werden. So kann z. B. die
Maschine im Zweitakt angelassen werden und der Zentrifugalregler nach Erreichung
gewisser, im voraus bestimmter Tourenzahlen die Steuerung auf Viertakt, dann weiter
auf Sechstakt und endlich auf Achttakt verstellen, um die Vorteile, welche der Mehrtakt
Bekannterweise bei höheren Tourenzahlen bietet,
auszunutzen und
dabei ein leichtes Anlassen zu erzielen. Es sei erwähnt, daß eine nach dem Mehrtakt
arbeitende Maschine mehr leistet als im Zweitakt, weil der Verlust an Ladeluft während
des Ausblasens beim Zweitakt bei jeder Ladung, welche einem Pumpenbube entspricht,
zur Geltung kommt, während dieser Verlust beim Mehrtakt nur für jene durch die Pumpe
geförderte Ladung auftritt, welche das Ausblasen der Verbrennungsgase aus dem Zylinder
bewirkt, jedoch nicht bei den übrigen Ladungen, welche zeitweilig im Behälter und
Zylinder gespeichert werden.
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Außerdem kann für den Mehrtakt, wie früher beschrieben wurde, außer
der von der Pumpe geförderten Luft auch die im Arbeitsraum angesaugte Luft verarbeitet
werden.
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In Abb. iia und b ist eine beispielsweise Ausführungsform veranschaulicht,
durch welche ermöglicht wird, daß der Motor, entweder von Hand oder selbsttätig
durch einen Regler veranlaßt, im Zwei-, Vier-, Sechstakt usf. arbeiten kann, und
zwar ist jener Teil der Steuerung dargestellt, welcher das Auslaßventil 36 bzw.
36,1 betätigt. A ist die die Bewegung des Ventils steuernde, mit einer Rolle B versehene
Stange, welche je nach der Stellung der auf der Steuerwelle F verschiebbaren Nockenscheibe
H durch die Nocken C oder D oder E bewegt wird. Die Nockenscheibe läuft mit einem
Sechstel der Motordrehzahl, so daß beim Arbeiten im Zweitakt 6 Nocken E bei einer
Umdrehung der Steuerwelle zur Wirkung kommen müssen.
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Wenn hingegen die Nockenscheibe durch den Schleifring G verschoben
wird und die Nocken C zur Wirkung kommen, dann wird das Auslaßventil, da drei solcher
C-Nocken vorhanden sind, während einer Umdrehung der Nockenscheibe dreimal geöffnet
werden, und der Motor arbeitet im Viertakt. Kommen hingegen die Nocken D (zwei an
der Zahl) zur Wirkung, dann arbeitet der Motor im Sechstakt.
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Das Brennstoffeinspritzventil wird ganz gleich dem Auspuffventil gesteuert,
und zwar mittels einer ebenfalls verschiebbaren Nockenscheibe.